Гидравлическая аналогия четырех принципов отопления:

1. Отопление холодильной машиной. Поддерживать повышенный уровень воды в левом резервуаре можно за счет понижения уровня в правом резервуаре, из которого непрерывно откачивается вода. Откачка производится насосом, приводимым в действие гидротурбиной, питаемой водой из верхнего резервуара. При указанных на рисунке числах получается, что 1 кг воды, стекающей из верхнего резервуара в водоем.обеспечивает подачу 5 кг воды из правого резервуара в левый.

2. Отопление тепловым насосом. Забирая воду непосредственно из водоема, а не из резервуара с пониженным уровнем, как в предыдущем случае, можно существенно повысить производительность: на 1 кг воды, стекающей из верхнего резервуара в водоем, приходится уже 10 кг воды. подаваемой в правый резервуар.

3. Отопление электронагревателем. Заполняя резервуар водой непосредственно из верхнего резервуара, мы имеем самый расточительный способ поддержания уровня: если в предыдущих случаях отношения нагнетаемой воды к расходуемой составляет соответственно 5 и 10, то в этом случае оно всего-навсего 1.

4. Отопление термоэлектрическими элементами. Его можно уподобить работе эжектора, в котором каждый кг падающей с большой высоты воды присасывает из водоема еще 9 кг и вместе с ними поступает в резервуар.

Схема полупроводникового термоэлемента.

Если холодильный коэффициент может быть равным и нулю, и единице, и любой другой величине, то для тепловых насосов отношение теплоты на выходе к механической работе на входе всегда больше единицы и тоже может достигать бесконечно больших значений в зависимости от температур в отапливаемом помещении и на улице. Такое отношение уж и вовсе неудобно было называть КПД, и в теории тепловых насосов появился термин - коэффициент преобразования.

В чем же секрет пробуксовки понятия КПД в приложении к тепловым машинам?

Схема установки 1959 года, предложенная комиссией президиума АН СССР.

В жидкость, залитую в сосуд Дьюара. помещены полупроводниковая термобатарея (левое плечо схемы) и омический нагреватель такой же мощности (правое плечо). Питание к ним подводится через крышку от аккумуляторной батареи и от сети. Присосы тепла извне исключены: оба спая термобатареи находятся внутри сосуда. При пропускании тока через правое плечо омический нагреватель - на нем выделяется ровно столько тепла, сколько подведено электроэнергии. При переключении питания на левое плечо - к термобатарее - при тех же показаниях приборов количество тепла устойчиво, во многих опытах в 2,2-2,5 раза превышало количество тепла, выделяемого на нагревателе!

Он в том, что теплоту не только нельзя соотносить с механической работой, но нельзя даже говорить о сравнении теплот, выделяемых, поглощаемых и передаваемых при разных температурах. Смешивать эти величины, деля их одну на другую, значит, уподобиться таким "специалистам", которые в приведенной выше гидравлической аналогии стали бы называть коэффициентом полезного действия не отношение энергий на выходе и на входе в турбонасосный агрегат, а отношение расходов воды в насосе и турбине!

Имея все это в виду, мы можем теперь сравнить совершенство полупроводниковых и обычных тепловых насосов, работающих, к примеру, в режиме холодильника. Так, при разности температур в комнате и морозильнике в 45°С холодильный коэффициент обычного домашнего компрессионного холодильника равен примерно единице. Для адсорбционного холодильника при тех же условиях этот коэффициент составляет 0,25, а для термоэлектрических - 0,37-0,44. Таким образом, полупроводниковые термоэлектрические холодильные устройства занимают промежуточное положение между компрессионными и адсорбционными установками.

В 1959 году в нашей прессе замелькали сообщения о том, что на заводе "Сантехника" обнаружен эффект, в котором нарушается закон сохранения энергии. Пошли слухи о создании устройства с КПД большим 100%. Тогда академики Л. Арцимович, П. Капица и И. Тамм в "Правде" опубликовали статью, в которой разъясняли работникам завода, что созданное ими устройство тепловой насос, у которого КПД, то есть коэффициент преобразования, может быть больше 100%.

Когда в конце 1960 года я беседовала с директором "Сантехники" В. Потаповым, он с раздражением сказал:

- Все сейчас объясняют, что наш кондиционер - тепловой насос, как будто мы этого не знали. Да ведь в том-то и дело, что в нашем устройстве выделяется тепло СВЕРХ того, которое должно выделяться в соответствии с эффектом Пельтье!

И вот теперь, изучая публикации, посвященные событиям на "Сантехнике", можно только поражаться слепоте комментаторов, которые слушали и не слышали, смотрели и не видели, читали и не понимали написанного. В самом деле, в заявке на открытие, представленной В. Потаповым в Комитет по делам изобретений и открытий при СМ СССР 29 мая 1959 года, прямо указывается, что речь идет о выделении тепла "сверх тепла Пельтье и Джоуля". Работники "Сантехники" обнаружили это явление при испытании серийной полупроводниковой термобатареи, причем эффект наблюдался и тогда, когда холодный спай термоизолировали от окружающей среды.

В декабре 1959 года сотрудники Института металлургии АН СССР провели серию экспериментов по методике, предложенной комиссией президиума АН СССР. Главным в этой методике было стремление исключить всевозможные "присосы" тепла извне путем полной изоляции термобатареи от окружающей среды. Поэтому в сосуд Дьюара были помещены оба спая термобатареи. Для контрольных измерений в тот же сосуд был вмонтирован омический нагреватель такой же мощности, как у термобатареи.

И что же получилось?

Когда ток пропускался через нагреватель, никаких расхождений не наблюдалось: количество выделенного тепла в точности равнялось потребленной электроэнергии. Когда же ток переключался на термобатарею, происходила поразительная вещь: при той же подведенной электроэнергии количество тепла, выделяемого на термобатарее, в 2,2-2,6 раза превосходило количество тепла, получаемого на нагревателе!

"Результаты измерений, проведенных 14, 15, 16 декабря, - указано в протоколе от 17 декабря 1959 года, - имеют хорошую воспроизводимость". Далее в протоколе говорится: "Дополнительные рекомендации комиссии, данные 15 декабря, и устные просьбы члена комиссии Э. Э. Шпильрайна от 16.12.1959 г. были осуществлены в экспериментах, проведенных 16 декабря 1959 года. Учет этих новых рекомендаций не внес изменений в конечный результат эксперимента". А результат этот состоял в том, что "данный полупроводниковый нагревательный элемент з-да "Сантехника" при работе в сосуде Дьюара в указанных условиях и режимах выделяет дополнительную тепловую энергию по сравнению с электроэнергией, затраченной на осуществление этого процесса. Относя выделившуюся на полупроводниковом нагревателе тепловую энергию к тепловой энергии, выделенной на омическом нагревателе той же мощности, получен коэффициент превышения, равный 2,2-2,6".